原初宇宙：大爆炸后最初一瞬间发生了什么
从普朗克时期到电弱对称破缺，宇宙最初的一瞬间经历了暴胀和再加热。这一页按时间顺序梳理每个阶段和背后的研究。
宇宙最初的一瞬间，先后经历了引力分离、大统一时期、暴胀、再加热和电弱对称破缺。其中最关键的一步是暴胀：空间膨胀了 10²⁶ 倍，随后暴胀子场衰变，真空能转化为粒子与辐射，一个炽热的宇宙才算真正开始。
越靠近起点，人类越依赖理论推演而不是直接观测。所以这一页讲的有些是已经被观测证实的事，有些仍是理论框架，读的时候可以留意这个区别。
最初的七个阶段
- 10⁻⁴³ 秒 · 普朗克时期：时间与空间开始有意义。在这之前，“先后”和“远近”这样的词都还谈不上。
- 10⁻⁴³ 秒 · 引力分离：引力从统一力中脱离，成为一种独立的相互作用。
- 10⁻³⁶ 秒 · 大统一时期：强力、弱力、电磁力仍是一体，像同一种颜料还没被分进三个小瓶。
- 10⁻³⁶ 秒 · 宇宙暴胀：空间膨胀 10²⁶ 倍。被拉大的是空间本身，而不是空间里的东西飞向四面八方。
- 10⁻³² 秒 · 暴胀结束：暴胀子场衰变。
- 10⁻³² 秒 · 再加热：真空能转化为粒子与辐射。暴胀把宇宙拉得很大也很冷，再加热把储存的能量释放出来，成了后来一切物质和光的来源。
- 10⁻¹² 秒 · 电弱对称破缺：希格斯场赋予粒子质量，不同的粒子从这里开始有了各自的“分量”。
膨胀的宇宙：从理论到观测
宇宙在膨胀，最先是理论推出来的，而且是三篇论文接力完成的。弗里德曼从广义相对论推出宇宙可以膨胀或收缩，比观测证据早了七年（Friedmann，《Zeitschrift für Physik》1922）。勒梅特独立提出宇宙在膨胀，后来又设想宇宙起源于一个“原始原子”，这是大爆炸理论的雏形（Lemaître，《Annales de la Société Scientifique de Bruxelles》1927）。观测证据随后到来：星系离我们越远，退行得越快，宇宙不是静止的（Hubble，《PNAS》1929）。这篇论文的题目，直译就是“河外星云的距离与视向速度之间的关系”。弗里德曼那篇谈的是空间的曲率，勒梅特那篇谈的是一个质量恒定、半径不断增长的均匀宇宙，三篇题目放在一起，正好是“理论先行、观测跟进”的顺序。
暴胀：为什么宇宙这么平、这么均匀
古斯提出早期宇宙经历过指数级膨胀，一举解释了宇宙为何如此平坦、各处温度为何几乎一样（Guth，《Physical Review D》1981）。古斯那篇论文的题目点明了它要解决的两个难题，一个叫视界问题，一个叫平坦性问题。前者问的是为什么相隔遥远的区域温度几乎一样，后者问的是为什么宇宙看上去如此平坦。不过最初的模型还有缺陷，林德修正了暴胀“如何优雅地结束”的问题，让暴胀理论真正可行（Linde，《Physics Letters B》1982）。
今天的宇宙还在加速膨胀
“标准烛光”的意思是亮度已知的光源，好比一排瓦数相同的灯泡，看起来越暗，就越远。研究者用遥远的超新星当这样的灯泡，发现宇宙膨胀在加速，暗能量从此登场，这项工作获 2011 年诺贝尔奖（Riess 等，《The Astronomical Journal》1998）。另一支团队独立得出同样结论：宇宙中有一种推动加速膨胀的能量（Perlmutter 等，《The Astrophysical Journal》1999）。普朗克卫星给出了迄今最精确的宇宙参数：年龄约 138 亿年，普通物质只占约 5%（Planck Collaboration，《Astronomy & Astrophysics》2020）。
质量从哪里来
希格斯提出一种充满空间的场，让粒子获得质量，并预言了一种新粒子（Higgs，《Physical Review Letters》1964）。大型强子对撞机在约 125 GeV 处发现了新粒子，等了 48 年的预言终于被证实（ATLAS Collaboration，《Physics Letters B》2012）。这正好对上电弱对称破缺那一步：希格斯场赋予粒子质量。
游戏里怎么体现
游戏里，原初宇宙时代从“大爆炸后 0 秒起”，资源是能量。生成器依次叫量子涨落、暴胀子场、真空衰变和再加热，名字对应上面讲到的几个关键概念。
真实依据
普朗克时期（10⁻⁴³ 秒）：时间与空间开始有意义
引力分离（10⁻⁴³ 秒）：引力从统一力中脱离
大统一时期（10⁻³⁶ 秒）：强力、弱力、电磁力仍是一体
宇宙暴胀（10⁻³⁶ 秒）：空间膨胀 10²⁶ 倍
暴胀结束（10⁻³² 秒）：暴胀子场衰变
再加热（10⁻³² 秒）：真空能转化为粒子与辐射
电弱对称破缺（10⁻¹² 秒）：希格斯场赋予粒子质量
相关研究
这些研究和本页主题相关，但不是本页内容的直接证明。
宇宙在膨胀：哈勃发现星系离我们越远，退行得越快。宇宙不是静止的，它在膨胀。
出处：Hubble, PNAS 1929, "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae"
弗里德曼宇宙：弗里德曼从广义相对论推出宇宙可以膨胀或收缩，比观测证据早了七年。
出处：Friedmann, Zeitschrift für Physik 1922, "Über die Krümmung des Raumes"
原始原子：勒梅特独立提出宇宙在膨胀，后来又设想宇宙起源于一个“原始原子”，这是大爆炸理论的雏形。
出处：Lemaître, Annales de la Société Scientifique de Bruxelles 1927, "Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant"
暴胀宇宙：古斯提出早期宇宙经历过指数级膨胀，一举解释了宇宙为何如此平坦、各处温度为何几乎一样。
出处：Guth, Physical Review D 1981, "Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems"
新暴胀：林德修正了暴胀模型中“如何优雅地结束”的问题，让暴胀理论真正可行。
出处：Linde, Physics Letters B 1982, "A new inflationary universe scenario"
加速膨胀：用遥远的超新星当“标准烛光”，发现宇宙膨胀在加速。暗能量从此登场，获 2011 年诺贝尔奖。
出处：Riess et al., The Astronomical Journal 1998, "Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant"
42 颗超新星：另一支团队独立得出同样结论：宇宙中有一种推动加速膨胀的能量。
出处：Perlmutter et al., The Astrophysical Journal 1999, "Measurements of Omega and Lambda from 42 high-redshift supernovae"
宇宙的配方：普朗克卫星给出迄今最精确的宇宙参数：年龄约 138 亿年，普通物质只占约 5%。
出处：Planck Collaboration, Astronomy & Astrophysics 2020, "Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters"
质量从何而来：希格斯提出一种充满空间的场，让粒子获得质量，并预言了一种新粒子。
出处：Higgs, Physical Review Letters 1964, "Broken symmetries and the masses of gauge bosons"
找到希格斯粒子：大型强子对撞机在约 125 GeV 处发现新粒子，等了 48 年的预言终于被证实。
出处：ATLAS Collaboration, Physics Letters B 2012, "Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC"